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  • Febrero 2019Nº 509

Física cuántica

Acción fantasmal

Tras cincuenta años de dudas, varios experimentos han acabado para siempre con la posibilidad de dar una explicación clásica al entrelazamiento cuántico.

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No todas las revoluciones comienzan a lo grande. En mecánica cuántica, un cambio silencioso comenzó a gestarse en 1964, cuando el físico John Bell publicó un teorema que concluía en forma de desigualdad matemática. Aquella expresión invitaba a llevar a cabo un experimento para abordar algunas cuestiones filosóficas que habían preocupado a muchos de los fundadores de la teoría.

La pregunta era si dos partículas muy alejadas podrían mantener o no cierto tipo de conexión que permitía que las mediciones efectuadas sobre una afectasen a la otra. Según la física clásica, eso nunca debería ser posible. En mecánica cuántica, en cambio, parecía ocurrir todo el tiempo. El trabajo de Bell proponía un método para determinar de una vez por todas si el mundo era realmente tan extraño.

Durante el último medio siglo, la sencilla expresión matemática de Bell ha cambiado nuestra forma de pensar en la teoría cuántica. Hoy, muchas de las tecnologías cuánticas deben su origen al test propuesto por Bell. Sin embargo, las predicciones de su teorema no pudieron verificarse por completo hasta 2015, más de cincuenta años después de su formulación. Los últimos experimentos han puesto punto final a una búsqueda que se ha prolongado durante generaciones y que marcan el inicio de una nueva era en el desarrollo de tecnologías cuánticas.

Variables ocultas
Para entender la fórmula de Bell debemos acudir a los fundamentos de la mecánica cuántica. Esta describe el comportamiento de la luz y la materia a las escalas más diminutas. Los átomos, los fotones y otras partículas no se comportan como los objetos de nuestra vida cotidiana. Una de las diferencias principales es que las partículas cuánticas existen en estados indeterminados. Consideremos el espín del electrón. Si un electrón cuyo espín es horizontal pasa a través de un campo magnético orientado verticalmente, la mitad de las veces se orientará hacia arriba y la otra mitad hacia abajo. La clave reside en que este resultado es verdaderamente aleatorio. Para verlo, podemos compararlo con el lanzamiento de una moneda: aunque cabría pensar que obtener cara o cruz es también aleatorio, si conocemos con precisión la masa de la moneda, la fuerza de lanzamiento y los detalles de las corrientes de aire que inciden sobre ella, seremos capaces de predecir con exactitud cómo aterrizará. Pero el espín del electrón es distinto. Incluso si sabemos todas las propiedades de la partícula antes de que atraviese el campo magnético, la indeterminación cuántica nos impedirá predecir cómo se desviará (aunque sí podremos calcular la probabilidad de que lo haga hacia arriba o hacia abajo). Sin embargo, cuando medimos un sistema cuántico, de algún modo todas esas posibilidades dejan de existir y se materializan un solo resultado: el electrón acaba con un espín bien definido, hacia arriba o hacia abajo.

Cuando, a principios del siglo XX, se formuló la teoría cuántica, algunos de sus fundadores, como Albert Einstein y Erwin Schrödinger, se sintieron incómodos con esa indeterminación. Quizá, pensaron, la naturaleza no sea tan imprecisa, y una futura teoría podrá predecir con exactitud el comportamiento de las partículas. Entonces seríamos capaces de vaticinar el resultado de una medida del espín del electrón de la misma manera en que podemos saber cómo aterrizará una moneda si disponemos de toda la información.

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